煅烧焦冷器腐蚀与防护.pdf

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1、656化工机械2012年煅烧焦冷器腐蚀与防护张晖+(辽宁石化职业技术学院)摘要在不同的热处理工艺条件下，进行了lcrl8Ni9Ti不锈钢焦冷器应力腐蚀评定试验，并根据试验结果制定了相应的防护措施。关键词焦冷器失效分析应力腐蚀开裂防护措施中图分类号TQ051．5文献标识码B文章编号0254_6094(2012)05_0656m4中国石油某公司煅烧车间焦冷器长8一10m，筒口2m×2m，内部镶有凸凹槽，焊接结构较为复杂。l200～l300℃的石油焦进入焦冷器，在其转动过程中，焦冷器外部用水喷淋冷却，焦冷器底部l／3浸在水中，以

2、降低石油焦出炉温度。内部凸凹槽(膨胀节)起热胀冷缩作用，工作过程中焦冷器长期处于交变应力作用下，同时石油焦对焦冷器内表面的有高温氧化及冲蚀作用。最初使用的焦冷器由德国引进，表面有一层耐蚀耐磨涂层，使用五年后由于整体均匀减薄而失效。2001年焦冷器国产化，新投用一台1crl8Ni9Ti不锈钢焦冷器，一年半以后焊缝出现频繁地开裂现象，平均一个月出现2～3次，严重影响了生产的正常运行。1宏观检验焦冷器之间分布的122个凹腔起冷却作用。通常焊缝开裂(裂纹)位于凹腔与八棱体面板圆弧联接处，开裂(裂纹)方向垂直于焊缝向母材扩展，也有少

3、数沿周向扩展，如图1所示，焊缝开裂(裂纹)扩展。开裂最初在高温区域，然后逐渐向低温段扩展，最后在出口端也出现了裂纹。通常对开裂(裂纹)部位进行补焊，焊材为A132或A137。补焊后在此部位仍然有开裂现象发生。开裂泄漏、减薄穿孑L造成焦碳含水过高，产品质量不合格。八棱_【；卡=某图1焦冷器焊缝开裂(裂纹)扩展示意图2微观检验2．1金相检验通常焊缝开裂位于凹腔与八棱体面板圆弧联接处，取样后发现焦冷器内侧(与焦碳接触)焊缝熔合区表面裂纹显微形貌如图2所示。裂纹在焊缝熔合区靠近lCrl8Ni9Ti侧，裂纹由焊缝熔合区内表面产生，并

4、由内表面沿焊缝树枝晶晶界向外表面延伸，表面最大宽度0．2mm，长度4．5mm。裂纹两侧熔合区显微组织为枝晶状奥氏体和6图2焊缝熔合区内表面裂纹显微形貌×50十张晖，女，1965年10月生，副教授。辽宁省锦州市，121001。第39卷第5期化工机械657铁素体。裂纹起源于点蚀坑，裂纹两侧焊缝区显微硬度为460HV。显微组织为低碳马氏体。2．2扫描电镜检验裂纹源区的扫描电镜形貌如图3、4所示，裂纹两侧有许多短小的二次裂纹。裂纹源区内附着大量腐蚀物质，裂纹底部有许多龟裂状二次裂纹(图5)。图3裂纹中段扫描电镜×180图4裂纹沿晶

5、扩展扫描电镜×1000图5裂纹内部附着物扫描电镜×1800由扫描电镜观察可见，裂纹起源于点蚀坑，裂纹由不锈钢焊缝熔合区内表面开始，沿两组粗大的树枝晶晶界向熔合区内垂直扩展，不锈钢焊缝的内表面则由边缘向心部产生了与表面垂直延晶界延伸的裂纹。裂纹中存在大量腐蚀介质，且粗大的裂纹底部有许多二次裂纹。对裂纹缝隙中进行x射线能谱探测分析，裂纹内部除不锈钢焊条的基本成分外，还有大量的铝、钙及硅等化合物，同时还含有一定数量的氯(1．1l％～1．70％)和硫元素，极易造成不锈钢焊缝的应力腐蚀。根据理化检验结果，焦冷器失效方式为内部应力腐蚀

6、开裂。3应力腐蚀试验依据1crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢焊接特性，焊材分别选用A132、A022、A042和镍基焊条(ENi-CrMo一3)。焊板、焊材化学成分及力学性能见表l、2。表1焊板、焊材化学成分％表2焊板、焊材机械，陛能A132是lcrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢常用焊条。A022超低碳，可防止敏化和晶间腐蚀。A042超低碳，具有较高的强度，可防止敏化和晶间腐蚀。ENicrMo。3可防止Cl一引起的奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。焊接试样规格：120mm×15mm×5mm。焊接工艺为：单面焊；电流80～110A；电压2

7、4～26V；施焊三遍，头两遍打底，焊速14cm／min，第三遍为覆盖面，焊速16cm／min；开坡口60。。658化工机械2012年u形焊接应力腐蚀试样在预变形10％的预加应力、未加应力状态下，在35％～42％的沸腾Mgcl：溶液中进行应力腐蚀试验，观察开裂时间和开裂部位，确定不同热处理工艺条件下焊缝应力腐蚀开裂的敏感性，试验结果见表，3。表3U形弯曲焊接试样应力腐蚀试验结果注：A——A132焊条；B——A022焊条；K——A042焊条；N——ENicrMo-3焊条。由表3可以看出，未进行任何热处理的u形弯曲焊接试样在预加

8、应力状态下均发生了开裂，开裂时间大约40～50h。开裂部位均发生在母材，焊缝及热影响区附近未出现任何开裂现象。消除应力处理、稳定化处理的试样，经350h试验后未出现任何开裂现象。通过对u形弯曲焊接试样进行金相检验，焊缝中心区、熔合线、近焊缝热影响区具有正常的显微组织。A132、A022、A042焊条焊缝